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化学電池って・・・

2009/03/11 12:04

化学電池の理論がいまいちわかりません。何で塩酸に反応させると電気が発生するのでしょうか。教師には化学エネルギーが電気エネルギーに変換されたからと言われたんですが・・。意味がわかりません。その返還される装置はどこにあるんでしょうか？あと連質で申し訳ないんですが、化学電池は溶けやすい金属がー極になってそちらの金属が溶けますよね。例えば、「亜鉛」と「アルミニウム」のように双方とも塩酸に溶ける金属を使って化学電池を作ると、＋極になる亜鉛は溶けないんでしょうか。どうか教えてください。

jamsss
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化学
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htms42
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2009/03/16 10:05 回答No.3

まずあなたの考えている電池の構造をきちんと書いてみてください。化学電池の種類はたくさんあります。化学電池一般についての質問なのか、ある特別の電池についての質問なのかが分かるような文章を書いていただかないと回答が曖昧になります。化学電池：酸化・還元反応に伴って起こる電子の移動を外部の回路に取り出して利用する装置酸化・還元反応が起こっても「外部回路に取り出す」ということが出来なければ電池にはなりません。取り出すためには工夫が必要です。うまくやらないと反応で起こった電子の移動の一部しか外部に取り出すことができないということも起こります。電流が流れた、流れなかったというだけの判断しかしない場合と、どの程度外部に取り出すことが出来たかを問題にする場合とで説明が変わってきます。亜鉛とアルミニウムと塩酸という組み合わせで考えておられるのでボルタ電池の変形だと思います。効率の悪い電池です。亜鉛単独で塩酸の中に入れると水素の泡を出して溶けていきます。アルミニウム単独でも同じです。亜鉛とアルミニウムを電線でつないで塩酸の中に入れます。両方から泡が出ます。亜鉛とアルミニウムをつないでいる電線の間に電流計と豆電球を入れます。電流計の針は少し触れると思います。線をつないだ場合とつないでいない場合とで泡の出方がどれくらい違いがあるのかは一概には言えない可能性があります。イオン化傾向だけから考えると亜鉛板の表面での泡の出方が少し多くなるだろうという予想が出来ます。でも金属板の表面状態の影響がありますので目で見てわかるようになるかは「？」です。はっきりと反応しないと分かっている金属を使うと比較が出来ます。銅板と亜鉛板でやるといいでしょう。銅板と亜鉛版を接触しないようにして塩酸の中につけます。亜鉛版からは泡が出ますが銅板からは泡が出ません。銅板と亜鉛版と電線でつなぎます。銅板から泡が出るようになります。（亜鉛板から泡が出なくなるのではありません。）銅板の表面でも亜鉛版の表面でも２Ｈ^(+)＋２ｅ^(-)→Ｈ２の反応が起こっている事になります。この電子は亜鉛が溶けることによって生じたものです。Ｚｎ→Ｚｎ^(2+)＋２ｅ^(-) 電池として利用できるのは電線を通って移動した電子です。亜鉛版の表面で直接やり取りされた電子は電池としては利用できないものです。ダニエル電池というのを習ったと思います。電解槽に仕切りを入れて銅板のある方には硫酸銅水溶液、、亜鉛板のある方には硫酸亜鉛水溶液を入れます。それぞれ単独では何も起こりません。銅板と亜鉛板を電線でつなぐと電流が流れます。Ｚｎ→Ｚｎ^(2+)＋２ｅ^(-) Ｃｕ^(2+)＋２ｅ^(-)→Ｃｕ＋仕切りは２つの液が混ざるのを防いでいます。亜鉛板の表面にＣｕ^(2+)がくれば表面で上の反応が起こり電子の移動が起こってしまいます。外部の電線を通って移動する電子が少なくなります。仕切りが全く何も通さないようなもので出来ていると電流は流れません。硫酸銅水溶液の中では正のイオンが少なくなり、硫酸亜鉛水溶液の中では正イオンが多くなります。電気量のアンバランスが生じると電子は移動できなくなります。教科書には素焼きの筒を用いると書いてあると思います。上薬をかけていない植木鉢に水を入れるとゆっくりと水がしみこんでいきます。ゆっくりと仕切りを水溶液が通過していきますから亜鉛板の表面で起こる直接反応を１００％防ぐということはできません。数時間電流を流し続けていると亜鉛板の表面にレンガ色をした膜が着いてきます。銅が析出しているのです。でもダニエル電池はボルタ電池に比べると格段に効率がいいです。ボルタ電池で数分ソーラーモーターを回せるとするとダニエル電池では数時間同じソーラーモーターを回せます。（容器の大きさ、電極の大きさは同じとします。）